Laboratorio Nº4 Compresor Centrifugo

8/17/2019 Laboratorio Nº4 Compresor Centrifugo

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LABORATORIO Nº4

BANCO DE PRUEBAS Y SISTEMA MEDIDOR DEL COMPRESOR

CENTRIFUGO

1. Objetivos

Probar y comprobar la eficiencia del compresor centrífugo haciendo variar las posiciones de la mariposa

de estrangulación, mantenimiento la frecuencia de rotación constante y para 3 frecuencias distintas.

. F!"#$%e"to Te&'i(o

La compresión de los gases, específicamente del aire, es un proceso industrial muy frecuente. Si los

caudales del aire o gas son relativamente elevados, y las presiones no excesivas, el turbocompresor

aventaja al compresor alternativo y rotativo de desplaamiento positivo. !lgunas de estas ventajas son"

#onstrucción compacta

$olumen de m%&uina reducida

Seguridad de funcionamiento

#arencia de desgaste

Pieas de recambio superfluas

'archa exenta de vibraciones

()bil consumo de energía el)ctrica en el arran&ue

*stas ventajas no hacen m%s &ue justificar la introducción del turbocompresor a la industria, sobre todo

cuando se re&uieren caudales volum)tricos elevados.

.1 De)i"i(i&" #e T!'bo(o%*'eso'

Los turbocompresores +#- son turbom%&uinas t)rmicas generadoras en las &ue, por aportación de energía

mec%nica desde el exterior, se aumenta la energía del fluido &ue atraviesa la m%&uina.


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Figura 1: Compresor centrífugo

Las funciones b%sicas de un turbocompresor no han cambiado mucho desde los tiempos de !lfred /chi.

*l turbocompresor se compone de un compresor y una turbina unida por un eje com0n, tal como puede

apreciarse en la fig. 2. La turbina accionada por los gases de escape proporciona la energía &ue acciona el

compresor.

Figura 2: Componentes del turbocompresor

Los # se pueden clasificar en"

a. 1adiales

b. (iagonales +semiaxiales o de flujo mixto-c. !xiales

Los dos primeros se denominan compresores centrífugos. Los compresores axiales no son compresores

centrífugos, aun&ue a veces impropiamente se les designe con ese nombre. Por otra parte, los compresores

diagonales son muy corrientes, siendo su teoría fundamental muy similar a la de los compresores radiales.

Figura 3: Turbocompresor con turbina de doble entrada


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Figura 4: Turbocompresor con carcasa de turbina refrigerada por agua para aplicaciones marina

. E+ T!'bo(o%*'eso' Ce"t',)!-o TCC/

*l ## es un tipo de turbocompresor &ue puede presentar un flujo radial, diagonal, o una combinación de

ambos. Por lo tanto, las velocidades perif)ricas de las secciones medias de entrada y salida sonsustancialmente diferentes.

Los ## cuentan un sistema de rodetes y con un sistema difusor.

!l aumentar la capacidad de las plantas industriales, aumenta la demanda de los ##, en sustitución del

compresor alternativo. !lgunas aplicaciones del ## son"

2. # para gas natural en gasoductos, en plantas de licuefacción, así como en sistemas de inyección

para obtener un aumento de producción en los campos petrolíferos.

. # para amoníaco, campo hasta hace unos a4os reservado al compresor alternativo, en las grandes

centrales de refrigeración y en la fabricación de goma sint)tica.

3. # para gases de síntesis tales como la mecla nitrógeno5oxígeno para producir amoníaco,

impulsión de gas en el proceso Solvay, circulación de los gases de síntesis en el proceso de

obtención de productos b%sicos para materiales artificiales.

6. urboplantes de circulación de gases en las centrales nucleares.

.0 Ti*os #e Ro#etes

*n el ##, el gas entra por el dispositivo de admisión &ue debe garantiar una entrada uniforme del

mismo en el rodete con un mínimo de p)rdidas. 7n rodete consta de un cierto n0mero de %labes &ue sefijan de alguna manera. *n general, existen varios tipos"

• !bierto" %labes fijos al cubo del rodete. *ste tipo de rodete tiene mal rendimiento y pocaresistencia, permitiendo solamente velocidades perif)ricas muy pe&ue4as. Por esto, es cada ve

menos empleado.

• #errado" %labes se fijan entre la superficie anterior y posterior. *ste tipo tiene buen rendimiento, pero es de difícil construcción y sólo permite velocidades perif)ricas moderadas.

• Semiabierto de simple aspiración" %labes se fijan en un solo disco a un lado del mismo.• Semiabierto de doble aspiración" %labes se fijan a uno y otro lado del disco.


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8oy en día, los rodetes m%s utiliados son los semiabiertos. Llamando β al %ngulo geom)trico de salida

del %labe, estos se pueden clasificar en"

a. 1odete con %labe curvados hacia atr%s +β 9 :;


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. F!"(io"$%ie"to. Di$-'$%$s #e ve+o(i#$#es

*l fluido ingresa por una voluta caracol similar a la del compresor centrífugo, para alimentar la periferia

uniformemente. Luego pasa por una corona de paletas similar al difusor de paletas del compresor

centrífugo, donde ad&uiere una componente radial y se acelera +toberas-. La velocidad absoluta de entrada

al rotor se indica en la Bigura : como #2"

Figura #: $iagramas de velocidades %&'ep'erd(

0. B$"(o #e P'!eb$s

*l banco de prueba comprende un compresor centrífugo, el rodete del mismo esta montado sobre el eje del

rotor el)ctrico &ue es alimentado con corriente continua. La frecuencia de rotación del rotor se regula

mediante el reóstato. *l aire ingresa al compresor por el tubo de medida y el recipiente de aire, la parte

delantera del tubo de medida est% perfilada lo &ue viene a ser la Lemniscata de ernoulli, esto ayuda a

eliminar las p)rdidas de la presión total al entrar el aire en el tubo de medida.

*l aire &ue ingresa es enviado al rodete del compresor. *l aire &ue sale del compresor va a la atmósfera

por el recipiente de salida y el estrangulador, accionado por el electromotor, &ue se maneja desde el panel

de control. La posición del estrangulador est% controlada por el indicador de aguja, &ue en nuestro

experimento consistió en una mina de lapicero.

*l banco experimental comprende adem%s el sistema medidor de frecuencia de rotación, de la potencia

el)ctrica, de la electropropulsión, el banco pieom)trico para las mediciones de la presión, e&uipos de

medida de la presión y de la temperatura del medio ambiente.

*l sistema medidor permite medir"

• La presión excesiva est%tica ∆ ) +mm de columna de alcohol-.

• La presión excesiva total ∆ ) 2 de salida del compresor +mm de columna de alcohol-.

• La frecuencia de rotación n del compresor +rpm-.

• *l voltaje U y el amperaje I del electromotor +respectivamente en $ y !-.

• La presión total ) n y la temperatura total T n del medio ambiente +respectivamente en Pa y C-.


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4. P'o(e#i%ie"to #e+ E"s$2o

2< *mplearemos, para nuestro experimento, 3 valores para la frecuencia de rotación, )stos son" 6;;;,

@@;; y D;;; r.p.m.

< !hora, para cada uno de ellos +frecuencia de rotación- haremos variar la posición de la mariposa

del estrangulador desde la posición en la &ue est% completamente abierta, hasta &ue est)

completamente cerrada y para nuestras pruebas tomaremos 6 posiciones, como se indica en el

cuadro siguiente"

POSICIONES 3 DE APERTURA

2 ; +$ertical- otalmente cerrado

3@

3 E@

6 2;; +8oriontal- otalmente abierto


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. Meto#o+o-,$ 2 )&'%!+$s *$'$ +$ i"te'*'et$(i&" *oste'io' #e +os

'es!+t$#os.

@.2 Para la presión total, la adoptamos igual &ue la presión total en el recipiente de entrada, las cuales se

calculan usando el coeficiente de p)rdidas s, &ue es igual a ;,:D para este tipo de recipiente.

[ ]2 n nP P ;,:D P .... Pa= σ× = ×

@. La presión total a la salida del compresor +descarga-"

[ ]3 n 3P P D,F@ P .... Pa= + ×∆

(onde el coeficiente D,F@ convierte la presión de mm de columna de alcohol a pascales.

@.3 La presión est%tica en el tubo de medida +succión-"

[ ]n 2P P D,F@ P .... Pa= − ×∆

@.6 *l índice total creciente en la etapa del compresor"

3

#

2

P

Pπ =

@.@ La función gasodin%mica π % λ ( en el tubo de medida"

n

P+ -

Pπ λ =

La magnitud de π % λ ( se calcula con diemil)simos.

@.E 7tiliando las tablas de funciones gasodin%micas +v)ase !p)ndice, * + 1"4 para el aire- a partir de la

magnitud conocida de la función gasodin%mica π % λ ( se halla la función gasodinamica de la

densidad de la corriente ,% λ (.

*s necesario calcular la magnitud con diemil)simos.

*s posible tambi)n calcular ,% λ ( mediante las siguientes fórmulas"

G

G 23G 2+ - 2

G 2

−− π λ = − λ ÷+


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22

3 G 2 G 23G 2 G 2&+ - 2

G 2

− − + − λ = λ − λ ÷ ÷+

@.D *l caudal m%sico del aire en la etapa del compresor"

[ ]n

n

P B &+ - SH .... Gg A s

× × λ ×=

(onde"

& = ;,;6;6

F = %rea de la sección transversal del tubo de medida +B = ;,;;;@E m.-

T n = :D C.

@.F *l caudal reducido del aire"

[ ]ncn

2;233;H H .... Gg A s

P FF

=

@.: La frecuencia reducida de rotación"

[ ]cn

FFn n .... rpm

=

@.2; *l trabajo adiab%tico al comprimir 2Cg de aire en la etapa del compresor"

[ ]G 2

G

ad n c

G 8 1 2 .... I A Gg

G 2

− = × π − ÷−

@.22 La potencia consumida al girar el rodete"

[ ] Je $ K.... = ×

@.2 *l trabajo especifico consumido al girar el rodete+teniendo en cuenta las perdidas en los cojinetes y

en el electromotor-

[ ]c Je

8 M .... I A Gg

H

=

@.23 *l rendimiento adiab%tico del compresor"

ad

c

c

8M

8 Mη =

@.26 Sabiendo el rendimiento del electromotor +η m = ;,F- y el de los cojinetes +η mec = ;,F@- se puede

determinar el trabajo específico al girar el compresor"

c c mec m8 8 M= ×η × η

@.2@ *l rendimiento adiab%tico del compresor"


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ad

c

c

8

8η =


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. Res!+t$#o

n

n

P DDF;Pa

:@,@C

==

n (rpm) Nº de Ensayos ∆P1(mm OH) ∆P2(mm OH) V (voltios) I (Amp.)

4000 1 22 18 15.2 8.1

4000 2 21 20 15.6 8.2

4000 3 18 40 14.2 7.9

4000 4 5.5 40 9.7 6.75500 1 32 38 19.3 13.4

5500 2 32 38 19.4 13.4

5500 3 24 68 18.2 12.7

5500 4 30 84 10.5 8.8

7000 1 50 60 21.2 19.5

7000 2 50 60 21.9 19.4

7000 3 26 130 19 17.7

7000 4 20 135 11.9 12.5


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PRIMERA PRE!A

"'*%/A"-!+o

M$'i*os$5P6 5P16

7vo+tios/

IA/P6"P$

/F%8/ S T6"9/

4000 90 18 22 15,2 8,1 77802 0,00056 0,0404 288

4000 60 20 21 15,6 8,2

4000 30 40 18 14,2 7,9

4000 0 40 5,5 9,7 6,7

A"-!+oM$'i*os$

P16P$/ P6P$/ P P$/ "(6 P$/ "(#) :#)G

;-


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EN*A PREVA

"'*%/A"-!+o

M$'i*os$5P6 5P16 7v/ IA/ P6"P$/ F%8/ S T6"9/

5500 90 38 32 19,3 13,4 77802 0,00056 0,0404 288

5500 60 38 32 19,4 13,4

5500 30 68 24 18,2 12,7

5500 0 84 30 10,5 8,8

A"-!+oM$'i*os$

P16P$/ P6P$/ P P$/ "(6P$/

"(#) :#) G ;-


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+ER,ERA PRE!A.

"'*%/A"-!+o

M$'i*os$5P6 5P16

7vo+tios/

IA/P6"P$

/F%8/ S T6"9/

7000 90 60 50 21,2 19,5 77802 0,00056 0,0404 288

7000 60 60 50 21,9 19,4

7000 30 130 26 19 17,7

7000 0 135 20 11,9 12,5

A"-!+oM$'i*os$

P16P$/P6P$

/P P$/ "(6 P$/ "(#) :#)

G;-


14/15

. G')i($s


15/15

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